桥式吊车作为一种重要的工程机械,被广泛应用于制造业、建筑业、物流业等诸多领域,其主要控制目标是保证货物的摆动尽可能小的情况下快速、准确地将其运送至目标位置,并无残摆。桥式吊车的输入量个数少于被控量,属于典型的欠驱动系统,且在运送过程中难免受到风力、摩擦力等干扰量的影响,同时各状态量之间表现出很强的耦合性,吊车系统具有不确定性和非线性的特点。近年来国内外众多学者针对桥式吊车系统展开了广泛深入的研究,取得了一系列研究成果,但已有的控制方法多数将吊车系统的简化为了单摆型系统,即忽略负载与吊钩间的摆动。而在有些实际工况中:(1)吊钩的质量与负载的质量相差不大,吊钩质量不能直接忽略时;(2)负载尺寸较大或质量分布不均匀时,负载与吊钩之间会出现摆动现象,桥式吊车就会表现所谓的二级摆型特性。这一现象会导致桥式吊车系统的动力学模型更加复杂,系统的非线性和欠驱动度更高,各状态量之间的耦合性更高。针对上述具有双摆特性的桥式吊车消摆控制这一难题,本文从实际应用的角度出发,对二级摆型桥式吊车的高性能消摆定位控制问题进行了深入研究,提出以下行之有效的控制方法:(1)基于线性自抗扰控制的跟踪控制方法。针对现有二级摆型桥式吊车系统跟踪控制方法无法将系统误差始终保持在允许范围内,并难以用于系统参数未知的场合等问题,本文提出了一种基于线性自抗扰控制的跟踪控制方法。首先用微分平坦方法对系统欠驱动特性进行处理,将系统近似为全驱动系统,再利用自抗扰理论将模型的不确定性及外在扰动归结为总扰动,并对总扰动进行实时估计,从而在源头对系统误差进行消除,最后将鸟群算法应用于控制器参数整定,进一步优化系统控制性能。通过仿真,将所提自抗扰控制方法与现有控制方法进行对比,验证该方法的消摆定位控制性能和鲁棒性。(2)基于权重在线优化的分组模糊控制方法。针对现有二级摆型桥式吊车模糊控制方法中模糊规则复杂、隶属度优化计算耗时较长等缺点,本文提出了两种基于权重在线优化的分组模糊控制方法,第一种分组模糊控制方法使用三个子模糊控制器对台车、吊钩和负载进行分组控制,三个子模糊控制器的输出通过动态权重因子计算得到系统输出,并运用模糊控制与鸟群算法相结合在线优化动态权重因子以得到最佳控制结果。第二种方法利用滑模控制具有较强的鲁棒性、动态过程可预见等优势,将滑模面引入到分组模糊控制中,减少了模糊控制器的规则数目,进而提出了一种自适应滑模模糊控制方法.可以根据系统输出在线调节系统中各个子系统在系统控制中的作用,提高系统的动态性能。两种方法均具有模糊控制的优点,可以在系统具体模型难以确定的情况下对系统进行控制,并且较好的解决了多参数系统模糊规则设计复杂的问题,适用性强。仿真结果表明,所提两种基于权重在线优化的分组模糊控制方法具有良好的控制效果。(3)基于能量分析的控制方法。基于能量分析的控制方法由于具有良好的控制性能,同时物理意义明确,被广泛地应用于各类欠驱动系统的控制,本文针对二级摆型桥式吊车提出了三种基于能量分析的控制方法:第一种基于参数耦合控制方法通过构建一个新的系统参数,增强系统控制参数的耦合性,从而便于从能量分析控制的角度,实现快速消摆定位控制。第二种方法针对现有的基于系统能量分析的控制方法多数未考虑风阻等干扰因素,设计了一种基于能量分析的抗扰控制器,以克服系统中的机械摩擦力以及负载受到的空气阻力,实现对桥式吊车系统的消摆定位控制。第三种无摆角反馈控制方法针对系统摆角信号无法获取的工况,仅利用吊车位置反馈,也能较好的完成消摆定位控制,结构简单、实用性强。仿真结果验证了上述三种基于系统能量分析的控制方法的有效性。本文针对二级摆型吊车的控制问题进行了深入的研究,取得了一些初步研究成果。考虑到吊车在实际生产中的复杂工作环境,仍有许多实际问题需要解决,笔者将继续作进一步的深入研究。